Anpassungsreaktionen: Blutgerinnungskaskade

Blutgerinnungskaskade – Hämostase

Die Blutgerinnung ist ein für das Überleben des Organismus wesentlicher Vorgang der Kontrolle des Blutstroms. Der Vorgang der Gerinnung und der nachfolgenden Auflösung des Gerinnsels nach erfolgter Wundheilung setzt nach einer Gefäßschädigung ein und läßt sich in vier Phasen einteilen:

  1. Die Phase der vaskulären Konstriktion: Hierdurch wird der Blutverlust in das geschädigte Areal vermindert.
  2. Die nächste Phase ist die der Plättchenaktivierung durch Thrombin. Die Plättchen aggregieren an der Stelle des Gefäßwandschadens und bilden ein noch lockeres Plättchengerinnsel. Das Protein Fibrinogen ist hauptsächlich für die Stimulierung der Plättchenaggregation verantwortlich. Plättchen binden auch an freigelegtes Kollagen der geschädigten Gefäßwand. Nach Aktivierung geben die Plättchen ADP und TXA-2, Serotonin, Phospholipide und Lipoproteine sowie Wachstumsfaktoren und weitere Koagulationsfaktoren ab. Zusätzlich zu der induzierten Degranulierung verändern die Plättchen ihre Form.
  3. Das initial noch lockere Plättchenaggregat wird durch Fibrin vernetzt. Wenn der Thrombus lediglich Plättchen und Fibrin enthält, handelt es sich um einen weißen Thrombus: Sind zusätzlich rote Blutkörperchen vorhanden, handelt es sich um einen roten Thrombus.
  4. Nach Wundheilung wird der Thrombus durch die Einwirkung des Proteins Plasmin aufgelöst. Zwei alternative Wege führen zur Bildung eines Fibringerinnsels, der intrinsische und der extrinsische Weg. Diese Wege werden durch unterschiedliche Mechanismen eingeleitet, in späterer Phase konvergieren sie jedoch zu einer gemeinsamen Wegstrecke der Gerinnungskaskade. Die Bildung eines roten Thrombus oder eines Gerinnsels auf dem Boden einer Gefäßwandabnormität ohne Wunde ist das Resultat des intrinsischen Weges. Die Fibringerinnselbildung als Antwort auf einen Gewebsschaden oder eine Verletzung ist das Resultat des extrensischen Weges. Beide Wege sind komplex und involvieren eine größere Anzahl von Proteinen, die als Gerinnungsfaktoren bekannt sind.

Plättchenaktivierung und der von Willebrand-Faktor (vWF)

Voraussetzung der Hämostase ist die Adhäsion von Plättchen an freigelegtes Kollagen, woraufhin die Plättchen degranulieren und aggregieren. Die Plättchenadhäsion an das Kollagen wird durch den von-Willebrand-Faktor gefördert. Defekte des VWF-Gens bewirken die von-Willebrand-Erkrankung. Der von-Willebrand-Faktor wirkt als Brücke zwischen einem spezifischen Oberflächenglykoprotein der Plättchen (GpIb/IX) und Kollagenfibrillen. Zusätzlich zu seiner Rolle als Brücke zwischen Plättchen und Kollagenfibrillen an Gefäßoberflächen bindet der von-Willebrand-Faktor an den Faktor VIII und stabilisiert diesen. Die Bindung des Faktor VIII durch von Willebrand-Faktor ist für die Integrität des Faktor-VIII in den Blutgefäßen erforderlich. Der von Willebrand-Faktor ist ein komplexes multimeres Glykoprotein, das in den Alpha-Granula der Plättchen gespeichert wird und sich auch im subendothelialen Bindegewebe der Gefäßwand findet. Die anfängliche Aktivierung von Plättchen wird durch Thrombin erzeugt, die an spezifische Rezeptoren an der Plättchenoberfläche binden und damit eine Signaltransduktionskette anstoßen. Der Thrombinrezeptor ist an ein G-Protein gekoppelt, das im weiteren Verlauf Phospholipide ?Cg aktiviert, die wiederum Phosphatidylinosithol-4, 5-Biphosphat (PIP2) durch Hydrolyse erzeugt. PIP2 führt zur Bildung von Inositoltriphophat (IP3) und Diacylglyzerol (DAG). IP3 induziert die Freisetzung intrazellulärer Calciumionen und DAG aktiviert die Proteinkinase C (PKC). Das Kollagen, an das die Plättchen adhärieren und auch die Freisetzung von intrazellulärem Ca2+ führt zur Aktivierung von Phospholipid? A2 (PLA2), die dann Membranphospholipide hydrolisiert und dadurch zur Freisetzung von Arachidonsäure beiträgt. Die Arachidonsäure bewirkt eine vermehrte Produktion und Freisetzung von Thromboxan A2 (TX-A2). Thromboxan A2 ist ein weiterer Plättchenaktivator der über den PLC-g-Weg führt. Ein weiteres Enzym, das durch Ca2+ aktiviert wird ist die Myosin-Leichtketten-Kinase. Aktivierte MLCK phosphoriliert die Leichtkette von Myosin, die dann mit Aktin interagiert und auf diese Weise zu der veränderten Plättchenmorphologie und Beweglichkeit führt. Eine der vielen Effekte der PKC ist die Phosphorilierung und Aktivierung eines 47KD-Plättchenproteins. Dieses aktivierte Protein induziert die Degranulierung von Plättchen, wodurch auch ADP freigesetzt wird. ADP stimuliert weiterhin die Plättchenaktivierung und modifiziert dabei auch die Plättchenmembran, so dass Fibrinogen angelagert werden kann an die Oberflächenglykoproteine GPIIb und GPIIIa, so dass eine fibrinogen induzierte Plättchenaggregation die Folge ist. Die Aktivierung von Plättchen ist Voraussetzung für die weitere Bildung eine Plättchenthrombus. Wichtig sind in der Aktivierung der Gerinnungskaskade auch die Phospholipide der Plättchenoberflächen.

Blutgerinnungskaskade: Intrensischer Weg

Der intrinsische Weg erfordert die Gerinnungsfaktoren VIII, IX, X, XI und XII sowie Präkallekrein, hochmolekulares Kininogen, Calciumionen und Phospholipide aus Plättchen. Jedes dieser Proteine führt zur Aktivierung des Faktors X. Der intrinsische Weg wird eingeleitet, wenn Präkallekrein, hochmolekulares Kininogen Faktor XI und XII an eine negativ geladene Oberfläche binden. Dieser Moment wird als Kontakphase bezeichnet. Die Exposition gegenüber einem Gefäßwandkollagen ist der primäre Stimulus der Kontaktphase. Resultat der Vorgänge der Kontaktphase ist die Umwandlung von Präkallekrein in Kallekrein, das wiederum den Faktor XII aktiviert. Faktor XIIa hydrolysiert weiteres Präkallekrein zu Kallekrein, so dass eine Aktivierung die Folge ist. Mit zunehmender Aktivierung von Faktor XII kommt es zur Aktivierung des Faktors XI, der zu einer Freisetzung von Bradykinin, einem Vasodilatator führt. Dadurch kommt es zur Beendigung der initialen Phase der Vasokonstriktion. Bradykinin entsteht aus dem hochmolekularen Kininogen. In Anwsenheit von CA2+-Ionen aktiviert der Faktor XIa den Faktor IX. Faktor IX ist ein Proenzym, das Vitamin-K abhängige, c-Karboxiglutamat (GLA)-Reste enthält. Die Serinproteaseaktivität kommt nach Bindung von CA2+ an diese GLA-Reste zum Tragen. Mehrere der Serinproteasen der Blutgerinnungskaskade (Faktoren II, VII, IX und X) enthalten derartige Vitamin-K-abhängige GLA-Reste. Faktor IXa spaltet den Faktor X an eine interne ???-Isoleuzin-Bindung und führt zur Aktivierung zum Faktor Xa. Voraussetzung für die Bildung von Faktor IXa ist die Bildung eines Kinasekomplexes aus Ca2+ und den Faktoren VIIIa, IXa und X an der Oberfläche aktivierter Plättche. Eine der Reaktionen aktivierter Plättchen ist die Präsentation von Phosphatidylserin und Phosphatidylinositol entlang der Oberflächen. Die Exposition dieser Phospholipide macht erst die Bildung des Kinasekomplexes möglich. Faktor VIII hat in diesem Vorgang die Funktion eines Rezeptors für die Faktoren IXa und X. Faktor VIII stellt daher einen Kofaktor in der Gerinnungskaskade dar. Die Aktivierung des Faktors VIII mit Bildung des Faktors VIIIa, dem eigentlichen Rezeptor, bedarf nur einer minimalen Menge von Thrombin. Mit Zunahme der Konzentration von Thrombin wird der Faktor VIIIa schließlich durch Thrombin weiter gespalten und inaktiviert. Diese duale Aktivität des Thrombins in Bezug zum Faktor VIII führt zu einer Selbstbegrenzung der Kinasekomplexbildung und damit zu einer Eingrenzung der Blutgerinnung. Extrensischer Gerinnungsweg Intrensischer und extrensischer Weg konvergieren auf der Ebene der Aktivierung des Faktors X. Der extrensische Weg wird am Ort einer Gewebeschädigung als Antwort auf die Freisetzung des Gewebsfaktors (Faktor III) angestoßen. Der Gewebsfaktor ist eine Kofaktor in der durch Faktor VIIa katalysierten Aktivierung des Faktors X, Faktors VIIa, eine GLA-Reste enthaltende Serinprotease, spaltet den Faktor X zum Faktor Xa in gleicher Weise wie dieses durch den Faktor IXa im intrensischen Weg geschieht. Die Aktivierung des Faktors VII erfolgt durch Thrombin oder den Faktor Xa. Die Fähigkeit des Faktors Xa, den Faktor VII zu aktivieren bildet eine Verbindung zwischen intrensischen und extrensischen Wegen. Eine weitere Schnittstelle zwischen den beiden Wegen ergibt sich aus der Möglichkeit des aktivierten Faktors VII zusammen mit dem Gewebsfaktor Faktor IX zu aktivieren. Die Bildung des Komplexes zwischen Faktor VIIa und Gewebsfaktor ist ein wichtiger Schritt in der gesamten Blutgerinnung. Ein wesentlicher Mechanismus für die Inhibierung des extrensischen Weges ergibt sich im Gewebsfaktor Faktor VIIa, Calcium2+, Faktor Xa-Komplex. Das Protein Antikonvertin (LACI, lipoproteinassoziierter Koagulationsinhibitor) bindet spezifisch an diesen Komplex. LACI ist aus drei Tandem-Proteaseinhibitor-Domänen zusammengesetzt. Domäne 1 bindet den Faktor Xa. Die Domäne 2 bindet den Faktor VIIa, allerdings nur nach Bindung des Faktors Xa. Aktivierung von Prothrombin Der gemeinsame Punkt der beiden Blutgerinnungswege ist die Aktivierung des Faktors X zu Faktor Xa. Faktor Xa aktiviert Prothrombin (Faktor II) zu Thrombin (Faktor IIa). Thrombin wiederum konvertiert Fibrinogen zu Fibrin. Die Aktivierung von Thrombin findet an der Oberfläche von aktivierten Plättchen statt und erfordert die Bildung des Prothrombinasekomplexes. Dieser Komplex ist zusammengesetzt aus Thrombozytenphospholipiden, Phosphaditylinositol, Phosphatidylserin, CalciumII+, Faktor Va, Faktor Xa und Prothrombin. Faktor V ist ein Kofaktor in der Bildung des Prothrombinasekomplexes, ähnlich der Rolle des Faktors VIII in der Kinasekomplexbildung. Ähnlich für eine Aktivierung von Faktor VIII wird Faktor Va durch minimale Mengen von Thrombin gebildet und wird später durch vermehrte Mengen von Thrombin inaktiviert. Faktor Va bindet an spezifische Rezeptoren auf den Oberflächen aktivierter Plättchen und führt zu einem Komplex mit Prothrombin und Faktor Xa. Prothrombin ist ein 72KD-Einzelkettenprotein mit 10 GLA-Resten innerhalb der enterminalen Region. Im Prothrombinasekomplex wird Prothrombin an zwei Stellen durch Faktor Xa gespalten. Diese Spaltung produziert ein zweikettiges aktiviertes Thrombinmolekül mit einer A- und einer B-Kette, die durch eine einzelne Disulfidbrücke miteinander verbunden sind. Zusätzlich zu seiner Rolle der Aktivierung des Fibrin hat Thrombin auch wichtige Funktionen in der Regulation der Blutgerinnung. Thrombin lagert sich mit Thrombodylin auf den Endothelzelloberflächen zu einem Komplex zusammen, der das Protein-C zu Protein-Ca aktiviert. Der Kofaktor Protein-S und das Protein-Ca degradieren den Faktor Va und den Faktor VIIIa und begrenzen damit die Aktivität dieser beiden Faktoren innerhalb der Koagulationskaskade. Kontrolle des Thrombinspiegels Permanent erhöhte Thrombinspiegel würden negative Auswirkungen haben. Zwei wesentliche Mechanismen regulieren die Thrombinaktivität. Die hauptsächliche Form des Thrombins in der Zirkulation ist das inaktive Prothrombin, dessen Aktivierung im Rahmen der Koagulationskaskade oben beschrieben ist. An jeden Schritt dieser Kaskade regulieren Rückkopplungsmechanismen die Balance zwischen aktiven und inaktiven Enzymen. Die Aktivierung von Thrombin wird gleichfalls durch vier spezifische Thrombininhibitoren reguliert. Antithrombin III ist dabei der wichtigste Inhibitor, da dieses Molekül auf die Aktivitäten der Faktoren IXa, Xa und Xia sowie XIIa begrenzt. Die Aktivität von Antithrombin III wird durch die Anwesenheit von Heparin gesteigert. Heparin bindet an eine spezifische Stelle des Antithrombin III und produziert ein Protein mit veränderter Konformation. Dieses Protein hat dann eine erhöhte Affinität für Thrombin und die anderen Substrate. Dieser Effekt des Heparin ist auf die Grundlage für das klinische Anwendung als Antikoagulanz. Der natürliche Heparinaktivator des Antithrombin III ist als Heparan und Heparansulfat auf der Oberfläche von Gefäßendothelzellen vorhanden. Diese Eigenschaft der Endothelzellen kontrolliert die Aktivierung der intrensichen Koagulationskaskade. Die Thrombinaktivität ist allerding auch durch Alpha-II-Makroglobulin, Heparin-Kofaktor II und Alpha-I-Antitrypsin reguliert. Obwohl Alpha-I-Antitrypsin eine geringe Rolle in der Thrombinregulierung spielt, ist Alpha-I-Antitrypsin der hauptsächlich Serinproteaseinhibitor des menschlichen Plasmas. Seine physiologische Bedeutung wird dadurch unterstrichen, dass dieses Protein eine wesentliche Rolle in der Entwicklung des Emphysems spielt. Aktivierung des Fibrinogens zu Fibrin Fibrinogen (Faktor I) besteht aus drei Polypeptidketten (A-a, B-b, g). Diese 6 Ketten werden durch Disulfidbrücken in ??? ihrer N-Termini gebunden. Die A- und B-Anteile der Aa- und Bb-Ketten bilden die Fibrinopeptide A und B. Die Fibrinopeptidregionen des Fibrinogens enthält mehrere Glukamat- und Aspertatreste, die diesem Protein oder dieser Region eine erhöhte negative Ladung vermitteln und damit die Löslichkeit des Fibrinogen im Plasma verstärken. Aktives Thrombin ist eine Serinprotease, die Fibrinogen an seinen vier ???bindungen zwischen den Fibrinopeptiden und den A- und B-Anteilen des Proteins spalten. Thrombinvermittelte Freisetzung der Fibrinopeptide erzeugt Fibrinmonomäre mit der Untereinheitenstrukturen (A-B-G2). Diese Monomäre aggregieren spontan in einem regulären Netz und formen einen noch schwach zusammengesetztes Fibrinkoagel. Zusätzlich zur Fibrinaktivierung konvertiert Thrombin den Faktor XIII zum Faktor XIIIa. Faktor XIII ist eine hochspezifische Transglutaminase, die eine Kreuzvernetzung der Fibrinmonomäre zwischen den Aminogruppen des Glutamin und des Lysin bewirkt.

Auflösung des Fibrinkoagels

Der Abbau des Fibrinkoagels ist die Aufgabe des Proteins Plasmin einer Serinprotease, die als inaktives Proenzym Plasminogen zirkuliert. Freies zirkulierendes Plasmin wird durch a2-Antiplasmin inaktiviert. Plasminogen bindet sowohl an Fibrinogen und Fibrin und wird damit in das sich bildende Gerinnsel inkorporiert. Die Serinproteasen Gewebs-Plasminogenaktivator (tPA) und, zum geringeren Teil, auch Urokinase (uPA) wandeln Plasminogen zu Plasmin um. Inaktives tPA wird von Gefäßendothelzellen nach Verletzung abgegeben. tPA wird dann durch Bindung an Fibrin aktiviert. Urokinase wird als Vorläufermolekül Prourokinase von Epithelzellen in exkretorischen Gängen gebildet. Urokinase hat damit Bedeutung für die Auflösung von Gerinnseln innerhalb exkretorischen Gängen. Aktives tPA spaltet Plasminogen zu Plasmin, welches dann das Fibrin weiter verdaut. Damit resultieren lösliche Peptide, die weder Plasmin noch Plasminogen binden können. Das aus dem sich lösenden Koagel freigesetzte Plasminogen bzw. Plasmin wird durch zirkulierende spezifische Inhibitoren sofort inaktiviert. tPA wird seinerseits durch mindestens vier verschiedene Inhibitoren gehemmt, darunter den Plasminogen-Aktivator-Inhibitoren Typ 1 und Typ 2 (PAI-1 und -2).

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